மனித மரபணுத்தொகை: மனித உயிரைத் தக்கவைக்கும் அசாதாரண உயிரியல் குறியீடு

டிஎன்ஏ இரட்டிப்படைதல் மற்றும் மரபணு தகவல் அமைப்புகளின் வியக்கத்தக்க துல்லியத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

 அறிமுகம்: மனித வாழ்வின் உயிரியல் வரைபடம்

ஒவ்வொரு மனித செல்லுக்குள்ளும் அறிவியல் உலகையே வியப்பில் ஆழ்த்தும் ஒரு அதிநவீன தகவல் சேமிப்பு அமைப்பு உள்ளது — அதுவே மனித மரபணுத்தொகை (Human Genome) ஆகும். ஏறத்தாழ ஒவ்வொரு செல்லின் உட்கருவிலும் (Nucleus), மனிதனின் வளர்ச்சி, உடல் செயல்பாடுகள், திசு பழுதுபார்ப்பு, இனப்பெருக்கம் மற்றும் வாழ்வியல் பராமரிப்பிற்குத் தேவையான முழுமையான மரபணுத் தகவல்கள் குறியீடுகளாகச் சேமிக்கப்பட்டுள்ளன.

இந்தப் பிரம்மாண்டமான உயிரியல் தகவல் களஞ்சியம் டிஎன்ஏ (DNA – Deoxyribonucleic Acid) எனப்படும் மூலக்கூறில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு மனித செல்லில் உள்ள டிஎன்ஏ-வை முழுமையாக நீட்டி வைத்தால் அது சுமார் இரண்டு மீட்டர் நீளம் இருக்கும் என்பது இதன் தகவல் அடர்த்தியின் வியப்பூட்டும் சான்றாகும்.

மனித மரபணுத்தொகை 23 இணை குரோமோசோம்களாக ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ள சுமார் 3 பில்லியன் டிஎன்ஏ கார இணைகளைக் (Base Pairs) கொண்டுள்ளது. இந்த வரிசைகளுக்குள் 20,000 முதல் 25,000 வரையிலான புரதங்களை உருவாக்கும் மரபணுக்களும், அவை எப்போது, எங்கு, எவ்வாறு செயல்பட வேண்டும் என்பதை நிர்ணயிக்கும் மில்லியன் கணக்கான ஒழுங்குமுறை கூறுகளும் அடங்கியுள்ளன.

இவை அனைத்தும் இணைந்து மனித உயிரை உருவாக்கி, பராமரித்து, இயக்கும் ஒரு அதிசயமான உயிரியல் இயக்க முறைமையாக செயல்படுகின்றன.

 டிஎன்ஏ: இயற்கையின் அதிநவீன தகவல் சேமிப்பு அமைப்பு

டிஎன்ஏ பெரும்பாலும் “வாழ்வின் மொழி” என்று வர்ணிக்கப்படுகிறது. மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட தகவல் தொழில்நுட்ப அமைப்புகளைப் போலல்லாமல், டிஎன்ஏ தனது உயிரியல் வழிமுறைகளை அடினைன் (Adenine), தைமின் (Thymine), சைட்டோசின் (Cytosine) மற்றும் குவானைன் (Guanine) ஆகிய நான்கு வேதி எழுத்துக்களால் ஆன நியூக்ளியோடைடுகளின் (Nucleotides) மூலம் சேமிக்கிறது.

​இந்த நியூக்ளியோடைடுகளின் துல்லியமான வரிசையமைப்புதான், மனித உடலில் உள்ள அனைத்துப் பணிகளையும் செய்யும் புரதங்களின் (Proteins) அமைப்பையும் செயல்பாட்டையும் தீர்மானிக்கிறது. இதயத் துடிப்பு மற்றும் சுவாசம் முதல் நோய் எதிர்ப்புத் திறன் மற்றும் மூளையின் செயல்பாடு வரை, மரபணு வழிமுறைகளிலிருந்து பெறப்படும் புரதங்களே மனித வாழ்வின் அடித்தளமாக விளங்குகின்றன.

​டிஎன்ஏ-வின் தகவல் அடர்த்தி (Density of information) மிகவும் வியக்கத்தக்கது. வெறும் ஒரு கிராம் டிஎன்ஏ-வில் நூற்றுக்கணக்கான பெட்டாபைட் (Petabytes) தரவுகளைத் தத்துவார்த்த ரீதியாகச் சேமிக்க முடியும் என்று அறிவியலாளர்கள் மதிப்பிடுகின்றனர். இது இயற்கையிலேயே மிகச் சிறந்த தகவல் சேமிப்பு ஊடகமாக இதனை மாற்றுகிறது.

​நவீன மரபணு ஆராய்ச்சி, முன்பு “பயனற்ற டிஎன்ஏ” (Junk DNA) என்று கருதப்பட்ட பெரும்பகுதிகள், உண்மையில் மரபணு செயல்பாடு, குரோமோசோம் அமைப்பு மற்றும் செல் தகவல் தொடர்பு ஆகியவற்றில் முக்கிய ஒழுங்குமுறைப் பணிகளைச் செய்கின்றன என்பதை வெளிப்படுத்தியுள்ளது.

டிஎன்ஏ இரட்டிப்படைதலின் அசாதாரண துல்லியம்

மனித உடலில் நிகழும் மிக உன்னதமான உயிரியல் சாதனைகளில் ஒன்று டிஎன்ஏ இரட்டிப்படைதல் (DNA Replication) ஆகும். வயதான, சேதமடைந்த அல்லது அழியும் செல்களுக்குப் பதிலாகப் புதிய செல்களை உருவாக்க ஒவ்வொரு நாளும் நம் உடலில் பில்லியன் கணக்கான செல்கள் பிரிகின்றன. ஒரு செல் பிரிவதற்கு முன்பு, அது தனது முழு மரபணுத்தொகையின் துல்லியமான நகலை உருவாக்க வேண்டும்.

​இந்தச் செயல்முறை சுமார் 3 பில்லியன் கார இணைகளை வியக்கத்தக்க துல்லியத்துடன் நகலெடுப்பதைக் கோருகிறது. டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ்கள் (DNA Polymerases), ஹெலிகேஸ்கள் (Helicases), லிகேஸ்கள் (Ligases) மற்றும் பழுதுபார்க்கும் நொதிகள் (Repair Enzymes) உள்ளிட்ட சிறப்பு மூலக்கூறு இயந்திரங்கள் இந்த வேலையை மிகத் திறம்பட ஒருங்கிணைக்கின்றன.

​தற்போதைய மதிப்பீடுகளின்படி, இந்த மூலக்கூறுகளின் சரிபார்ப்பு மற்றும் பழுதுபார்ப்பு வழிமுறைகள் முடிந்த பிறகு, டிஎன்ஏ இரட்டிப்படைதலில் ஏற்படும் பிழை விகிதம் 1 பில்லியன் நியூக்ளியோடைடுகளுக்கு ஒரு பிழை என்ற அளவில் மிகக் குறைவாக உள்ளது. இத்தகைய துல்லியம் இன்றியமையாதது; ஏனெனில் சிறிய மரபணுப் பிழைகள் கூட செல்லின் செயல்பாட்டைப் பாதித்து நோய்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

​மனித உடலில் தோராயமாக 37 டிரில்லியன் செல்கள் உள்ளன என்பதைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, இவ்வளவு பெரிய செல் கூட்டமைப்பில் மரபணுவின் ஒருமைப்பாட்டை (Genomic Integrity) மாறாமல் பராமரிக்கும் இந்தத் திறன், இதுவரை காணப்பட்டதிலேயே மிக அதிநவீன உயிரியல் அமைப்புகளில் ஒன்றாகும்.

செல் தரக்கட்டுப்பாடு மற்றும் டிஎன்ஏ பழுதுபார்ப்பு அமைப்புகள்

மனித டிஎன்ஏ தொடர்ந்து பல்வேறு ஆபத்துகளுக்கு உள்ளாகிறது.

புற ஊதாக் கதிர்வீச்சு (UV Radiation), சுற்றுச்சூழல் நச்சுக்கள், வளர்சிதை மாற்றக் கழிவுகள், ஆக்சிஜன் சுதந்திர மூலக்கூறுகள் (Free Radicals), தொற்றுகள் மற்றும் இயல்பான செல்லியல் செயல்பாடுகள் ஆகியவை டிஎன்ஏ-வில் சேதங்களை ஏற்படுத்துகின்றன.

இந்தச் சேதங்களைத் திருத்துவதற்காக, மனித உடல் பல்வேறு டிஎன்ஏ பழுதுபார்ப்பு அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

கார நீக்கப் பழுதுபார்ப்பு (Base Excision Repair)

இந்த வழிமுறை சேதமடைந்த தனிப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகளைக் கண்டறிந்து அகற்றி, அதற்குப் பதிலாகச் சரியான வரிசையை மாற்றியமைக்கிறது.

நியூக்ளியோடைடு நீக்கப் பழுதுபார்ப்பு (Nucleotide Excision Repair)

இந்த அமைப்பு புற ஊதாக் கதிர்வீச்சினால் ஏற்படும் பாதிப்புகள் உட்பட, டிஎன்ஏ-வில் ஏற்படும் பெரிய அளவிலான சேதங்களைச் சரிசெய்கிறது.

பொருத்தமின்மை பழுதுபார்ப்பு (Mismatch Repair)

டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ்களின் சுயசரிபார்ப்புப் பணியில் இருந்து தப்பிக்கும் இரட்டிப்படைதல் பிழைகளை இந்த வழிமுறை திருத்துகிறது.

இரட்டை இழை முறிவு பழுதுபார்ப்பு (Double-Strand Break Repair)

டிஎன்ஏ-வின் இரண்டு இழைகளும் உடையும் போது, அதனை மீண்டும் மீட்டெடுக்கும் மிக முக்கியமான பழுதுபார்ப்பு வழிமுறை இதுவாகும்.

ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த அமைப்புகள் ஒரு மனிதனின் வாழ்நாள் முழுவதும் மரபணுவின் நிலைத்தன்மையைப் (Genomic Stability) பாதுகாக்கவும், தீங்கு விளைவிக்கும் பிறழ்வுகள் சேர்வதைக் கணிசமாகக் குறைக்கவும் உதவுகின்றன.

மரபணு ஒழுங்குமுறை: ஒரே டிஎன்ஏ இருந்தும் செல்கள் ஏன் வேறுபடுகின்றன?

உடலில் உள்ள கிட்டத்தட்ட எல்லா செல்களும் ஒரே மாதிரியான டிஎன்ஏ வரிசையைக் கொண்டிருந்தாலும், வெவ்வேறு வகையான செல்கள் முற்றிலும் மாறுபட்ட பணிகளைச் செய்கின்றன. நரம்பு செல்கள் (Neurons) மின் சமிக்ஞைகளைக் கடத்துகின்றன, கல்லீரல் செல்கள் ஊட்டச்சத்துக்களை வளர்சிதை மாற்றம் செய்கின்றன, மற்றும் நோய் எதிர்ப்பு செல்கள் நோய்க்கிருமிகளுக்கு எதிராகப் போராடுகின்றன.

​இந்த பன்முகத்தன்மை “மரபணு ஒழுங்குமுறை” (Gene Regulation) மூலம் சாத்தியமாகிறது — அதாவது செல்கள் தங்களுக்குத் தேவையான குறிப்பிட்ட மரபணுக்களை மட்டும் தேர்ந்தெடுத்து இயக்குவது அல்லது முடக்குவது ஆகும்.

​மரபணு வெளிப்பாடு (Gene Expression) என்பது டிரான்ஸ்கிரிப்ஷன் காரணிகள் (Transcription Factors), ஒழுங்குமுறை டிஎன்ஏ கூறுகள், குரோமாடின் கட்டமைப்பு மற்றும் எபிஜெனடிக் மாற்றங்கள் (Epigenetic Modifications) அடங்கிய சிக்கலான நெட்வொர்க்குகளால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இவையே ஒரு குறிப்பிட்ட செல்லில், குறிப்பிட்ட நேரத்தில் எந்த மரபணுக்கள் செயல்பட வேண்டும் என்பதைத் தீர்மானிக்கின்றன.

​மனித ஆரோக்கியத்தையும் நோய்களையும் தீர்மானிப்பதில், மரபணுக்களைப் போலவே இந்த மரபணு ஒழுங்குமுறைகளும் சமமான முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை என்பதை நவீன மரபணு ஆராய்ச்சிகள் வெளிப்படுத்தியுள்ளன.

 எபிஜெனடிக்ஸ்: மரபணுக் குறியீட்டிற்கு அப்பாற்பட்ட அறிவியல்

நவீன உயிரியலின் மிக உன்னதமான முன்னேற்றங்களில் ஒன்று எபிஜெனடிக்ஸ் (Epigenetics – சூழல்சார் மரபியல்) ஆகும். எபிஜெனடிக் மாற்றங்கள் என்பவை அடிப்படை டிஎன்ஏ வரிசையை மாற்றாமல், மரபணுவின் செயல்பாட்டை மட்டும் மாற்றியமைப்பவை ஆகும்.

​உணவுமுறை, முதுமை, மன அழுத்தம், சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகள், உடற்பயிற்சி மற்றும் நோய்கள் போன்ற காரணிகள் எபிஜெனடிக் வடிவங்களை பாதிக்கலாம். இந்த மாற்றங்கள் மரபணுக்கள் வெளிப்படும் விதத்தைத் தீர்மானிப்பதுடன், புற்றுநோய், நீரிழிவு, இருதய நோய்கள் மற்றும் நரம்பியல் குறைபாடுகள் போன்ற நோய்களின் உருவாக்கத்திற்கும் காரணமாக அமையலாம்.

​உயிரியல் விளைவுகளை மரபணு தகவல்கள் மட்டுமே முழுமையாகத் தீர்மானிப்பதில்லை என்பதை அறிவியலாளர்கள் இப்போது ஏற்றுக்கொள்கிறார்கள். மாறாக, மரபணுக்களுக்கும் சுற்றுச்சூழல் காரணிகளுக்கும் இடையிலான பரஸ்பர தொடர்புகளே மனித ஆரோக்கியத்தை வடிவமைப்பதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன.

 மரபணு மருத்துவமும் எதிர்கால சுகாதாரமும்

கடந்த இருபது ஆண்டுகளில் மரபணு தொழில்நுட்பங்களில் ஏற்பட்ட முன்னேற்றம் மருத்துவத் துறையை மாற்றியமைத்துள்ளது.

ஒரு காலத்தில் பல பில்லியன் டாலர்கள் செலவாகிய முழு மரபணுத்தொகை வரிசைமுறைப்படுத்துதல் இன்று சில நாட்களிலேயே குறைந்த செலவில் செய்யப்படுகிறது.

இதன் விளைவாக உருவானதே துல்லிய மருத்துவம் (Precision Medicine) ஆகும்.

இதன் முக்கிய பயன்பாடுகள்:

• பாரம்பரிய மரபியல் நோய்களை முன்கூட்டியே கண்டறிதல்

• தனிப்பயனாக்கப்பட்ட புற்றுநோய் சிகிச்சைகள்

• Pharmacogenomics மூலம் நபருக்கேற்ற மருந்துத் தேர்வு

• அரிய நோய்களைக் கண்டறிதல்

• நாள்பட்ட நோய்களின் அபாயங்களை கணித்தல்

• CRISPR மரபணுத் திருத்த ஆராய்ச்சிகள்

எதிர்கால மருத்துவம் ஒவ்வொரு நபரின் மரபணு அமைப்பிற்கேற்ப வடிவமைக்கப்படும் என்ற நம்பிக்கை தற்போது வலுவடைந்து வருகிறது.

விடை தெரியாத கேள்விகளும் தொடரும் அறிவியல் ஆராய்ச்சிகளும்

மனித மரபணுத்தொகை குறித்து ஏராளமான தகவல்கள் அறியப்பட்டிருந்தாலும், இன்னும் பல கேள்விகள் பதிலின்றியே உள்ளன.

அறிவியலாளர்கள் தொடர்ந்து ஆராய்ந்து வரும் துறைகள்:

• முழுமையாகப் புரிந்துகொள்ளப்படாத மரபணுக்களின் செயல்பாடுகள்

• புரதங்களைக் குறியிடாத டிஎன்ஏ பகுதிகளின் பங்கு

• சிக்கலான நோய்களின் மரபியல் பின்னணி

• மரபணுக்களுக்கும் சூழலுக்கும் இடையிலான தொடர்புகள்

• முதுமை மற்றும் நீண்ட ஆயுளின் உயிரியல்

• எபிஜெனடிக் மரபுவழித் தாக்கங்கள்

மனித மரபணுத்தொகையானது உயிரியலில் மிகவும் விரிவாகப் படிக்கப்பட்டிருந்தாலும், இன்னும் முழுமையாகப் புரிந்து கொள்ளப்படாத ஒரு எல்லையாகவே நீடிக்கிறது. ஒவ்வொரு ஆண்டும், புதிய கண்டுபிடிப்புகள் ஏற்கனவே உள்ள அனுமானங்களுக்குச் சவால் விடுத்து, மரபணு ஒழுங்குமுறையின் அறியப்படாத புதிய பரிமாணங்களை வெளிப்படுத்துகின்றன.

முடிவுரை: அறிவியல் அறிந்த மிகச் சிக்கலான உயிரியல் அமைப்பு

மனித மரபணுத்தொகை என்பது உயிரியல் பரிணாம வளர்ச்சியின் உச்சக்கட்ட சாதனையாகும்.

சுமார் 3 பில்லியன் டிஎன்ஏ கார இணைகளுக்குள் ஒரு முழுமையான மனித உயிரினத்தை உருவாக்குவதற்கும், பராமரிப்பதற்கும், பழுதுபார்ப்பதற்கும் மற்றும் அடுத்த தலைமுறைக்கு கடத்துவதற்கும் தேவையான அனைத்துத் தகவல்களும் சேமிக்கப்பட்டுள்ளன.

சுமார் 37 டிரில்லியன் செல்களில் இந்தத் தகவல்கள் துல்லியமாக நகலெடுக்கப்பட்டு, பாதுகாக்கப்பட்டு, ஒழுங்குபடுத்தப்பட்டு வருவது, இயற்கையின் மிகப்பெரிய அறிவியல் அதிசயங்களில் ஒன்றாகும்.

மரபியல் அறிவியல் பல ரகசியங்களை வெளிப்படுத்தியிருந்தாலும், மனித மரபணுத்தொகை இன்னும் பல புதிர்களைத் தன்னகத்தே வைத்திருக்கிறது. எதிர்கால ஆராய்ச்சிகள் மனித வாழ்வின் அடிப்படை இயங்குமுறைகளை மேலும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ள உதவும் என்பதில் சந்தேகமில்லை.

டிஎன்ஏ பற்றிய ஆய்வு என்பது வெறும் ஒரு மூலக்கூறைப் பற்றிய ஆய்வு அல்ல; மனித உயிரின் அடிப்படை குறியீட்டைப் புரிந்துகொள்ளும் அறிவியலின் மிக உன்னதமான பயணமாகும்.

எழுதியவர்: